物理学Ⅰ›熱力学

熱と熱力学の法則

Heat and Laws of Thermodynamics

熱とは何か?
🔥 熱の直感
①熱い物体と冷たい物体を接触させると熱が移動
②熱(Q)は温度差により伝わるエネルギー
③熱量 Q = mcΔT — 質量·比熱·温度変化の積
P-V図
350 K
💡 P-V図の読み方
①等温過程:PV = nRT = 一定 → 双曲線
②温度が高いほど曲線は上/右へ
③P-V図の下の面積 = 気体がする仕事(W)
熱力学第1法則
50 J
熱力学第1法則(エネルギー保存)
ΔU = Q - W
内部エネルギー変化 = 吸収した熱 - 気体がした仕事
⚡ 第1法則の意味
①エネルギーは生成も消滅もしない(保存!)
②気体に熱(Q)を与えれば → 内部エネルギー増加(ΔU)+仕事(W)に分配
③Q > 0:吸収、Q < 0:放出 / W > 0:気体が仕事をする
熱量と比熱
熱量公式
Q = mcΔT
熱量(J) = 質量(kg) × 比熱(J/kg·K) × 温度変化(K)
熱平衡
Q放出 = Q吸収 (熱平衡)
高温物体が失った熱 = 低温物体が得た熱
総まとめ
熱量
Q = mcΔT
第1法則
ΔU = Q - W
🎯 試験ポイント
①Q = mcΔTで比熱cが大きいほど温度変化が小さい
②熱力学第1法則:ΔU = Q - W (エネルギー保存)
③等温過程:ΔT=0 → ΔU=0 → Q=W
④断熱過程:Q=0 → ΔU=-W(仕事をすると温度低下)
⑤熱は高温→低温へのみ自発的に移動(第2法則)